CN106396121B - 一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置 - Google Patents

一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，可有效解决微污染河流水体C/N较低，微生物可利用的碳源不足，反硝化作用受到抑制，TN去除率较低的问题，技术方案是包括浮床框架和挺水植物，浮床框架由外部呈矩形的浮床外框架2和其内部网格状的浮床内框架3构成，框架网格内均布有植物透水种植槽4，种植槽内装有浮床基质5和种植在基质中的挺水植物1，浮床框架的下部装有垂直向下的组合填料，浮床外框架2的四角下部通过连接绳6和固定在河床8上的固定桩7相连，本发明适合于自然河道、湖库以及景观水体的净化处理，同时具有水面美化和水质净化的双重作用，安装简便、经济实用。

Description

一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置
技术领域
本发明涉及河流原位净化领域，特别是一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置。
背景技术
河流作为重要的资源和环境载体，关系到人类生存安全和社会的持续发展。工业化、城镇化过程中污染物的大量排放，使得我国的河流出现了不同程度的污染，随着污水处理设施的逐步完善和污染治理技术的进步，河流中COD、氨氮主要污染物的污染程度已得到大幅度减轻，但同时也存在着土著脱氮微生物数量不足、河水可生化性变差、碳氮比失衡等问题，导致硝化作用缓慢、反硝化作用受到抑制，氮素难以被彻底去除，进而出现富营养化现象。因此，增加硝化菌数量，适度增加碳源、促进反硝化作用，对于污染河流的强化脱氮具有重要意义。
生态浮床技术是一项传统的营养化水体水质改善技术，其主要通过水生植物的同化作用和根系以及茎叶表面微生物的生物氧化协同去除水体中的污染物。近年来众多研究人员通过将人工合成填料、生物固定化技术、离子束诱变技术等引入生态浮床中，使生态浮床的水体净化效果得到了极大提升，其中人工合成填料由于经济、实用而得到广泛应用。稻草、梧桐树叶、玉米芯等富含纤维素类物质的天然固体有机物能够缓慢释放碳源，为反硝化菌提供电子受体，提高氮的去除效果。而目前将缓释碳源物质、人工合成填料与传统的浮床相结合，并用于微污染河流原位净化技术中，还未有相关的报道。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，可有效解决微污染河流水体C/N较低，微生物可利用的碳源不足，反硝化作用受到抑制，TN去除率较低的问题。
本发明解决的技术方案是，一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，包括浮床框架和挺水植物，所述浮床框架由外部呈矩形的浮床外框架2和其内部网格状的浮床内框架3构成，框架网格内均布有植物透水种植槽4，种植槽内装有浮床基质5和种植在基质中的挺水植物1，浮床框架的下部装有垂直向下的组合填料，浮床外框架2的四角下部通过连接绳6和固定在河床8上的固定桩7相连，防止浮于水面的浮床被水冲走，充分发挥植物、微生物和基质填料的协同净化效应，强化水体微生物的作用，丰富水生生物的栖息环境，增强水体的自净能力，美化水面环境；
所述的浮床外框架2为聚苯乙烯制成的四根空心管首尾相连形成的矩形框架结构，并与浮床内框架3紧固在一起，所述浮床内框架3为PVC制成的格栅，每一个格栅的四边有用以嵌放植物透水种植槽4的凹槽；
所述的植物透水种植槽4为聚苯乙烯制成的带有网孔的矩形板，四边有与浮床内框架3上的凹槽嵌套固定的连接槽，中央呈圆台形凹陷作为植物栽种窝，挺水植物1栽种于植物栽种窝中的浮床基质5内，挺水植物根系通过吸收或吸附作用削减水体中污染物，并释放O2；所述浮床基质5是由陶粒、火山岩和牡蛎壳构成的复合体，自下而上分别为陶粒、火山岩和牡蛎壳，厚度为3 cm，基质粒径为6~8 mm，浮床基质5填充于植物透水种植槽4中，通过浮床基质5固定植物、吸附水中污染物和提供微生物附着场所；
所述组合填料是由缓释碳源生态基质9、空心填料球10和立体弹性填料11构成，缓释碳源生态基质9放置于空心填料球10内部，通过立体弹性填料11将空心填料球10串连在一起，垂直向下装在浮床框架的下部，悬挂于水中，为微生物提供优良的附着场所，且缓慢释放碳源，改善碳氮比失衡状况，促进氮的去除，增强浮床的净水功能。
微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置在天然河流、湖库、景观水体的原位生态修复，微污染、低碳氮比河流的强化脱氮中的应用。
本发明采用缓释碳源生态基质，能够改善河流反硝化碳源不足的问题，提高生态浮床对总氮的去除效果；采用的立体填料具有较大的比表面积,为微生物提供充足的附着生长空间。采用的陶粒、火山岩、牡蛎壳等轻质滤料，具有多孔结构，是良好的污染物吸附材料和生物膜载体，在固定植物的同时能够有助于氮、磷、有机物等污染物的去除；适合于自然河道、湖库以及景观水体的净化处理，同时具有水面美化和水质净化的双重作用，安装简便、经济实用。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明的侧面剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1-图2所示，本发明一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，所述浮床框架由外部呈矩形的浮床外框架2和其内部网格状的浮床内框架3构成，框架网格内均布有植物透水种植槽4，种植槽内装有浮床基质5和种植在基质中的挺水植物1，浮床框架的下部装有垂直向下的组合填料，浮床外框架2的四角下部通过连接绳6和固定在河床8上的固定桩7相连，防止浮于水面的浮床被水冲走，充分发挥植物、微生物和基质填料的协同净化效应，强化水体微生物的作用，丰富水生生物的栖息环境，增强水体的自净能力，美化水面环境；
所述的浮床外框架2为聚苯乙烯制成的四根空心管首尾相连形成的矩形框架结构，并与浮床内框架3紧固在一起，所述浮床内框架3为PVC制成的格栅，每一个格栅的四边有用以嵌放植物透水种植槽4的凹槽；
所述的植物透水种植槽4为聚苯乙烯制成的带有网孔的矩形板，四边有与浮床内框架3上的凹槽嵌套固定的连接槽，中央呈圆台形凹陷作为植物栽种窝，挺水植物1栽种于植物栽种窝中的浮床基质5内，挺水植物根系通过吸收或吸附作用削减水体中污染物，并释放O2；所述浮床基质5是由陶粒、火山岩和牡蛎壳构成的复合体，自下而上分别为陶粒、火山岩和牡蛎壳，厚度为3 cm，基质粒径为6~8 mm，浮床基质5填充于植物透水种植槽4中，通过浮床基质5固定植物、吸附水中污染物和提供微生物附着场所；
所述组合填料是由缓释碳源生态基质9、空心填料球10和立体弹性填料11构成，缓释碳源生态基质9放置于空心填料球10内部，通过立体弹性填料11将空心填料球10串连在一起，垂直向下装在浮床框架的下部，悬挂于水中，为微生物提供优良的附着场所，且缓慢释放碳源，改善碳氮比失衡状况，促进氮的去除，增强浮床的净水功能。
所述缓释碳源生态基质9粒径为9~12 mm的，由重量百分比计的原料：玉米芯5%、钙基膨润土38%、沸石粉37%、矿渣硅酸盐水泥10%和普通硅酸盐水泥10%制成。
所述空心填料球10为直径6 cm的塑料多孔空心球，所述立体弹性填料11是由聚烯烃制成的中心绳体和绳体上呈辐射状连接在一起的丝条构成。
本发明所述装置用于天然河流、湖库、景观水体的原位生态修复，特别适合于微污染、低碳氮比河流的强化脱氮。
所述浮床装置通过固定组件浮于水面，可将多个装置连接交替放于河流中，增强净化效果。
本发明的一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，由浮床框架、挺水植物、组合填料和固定组件等构成，可用于天然河流、湖库、景观水体等的原位生态修复，特别适合于微污染、低碳氮比河流的强化脱氮。本发明能够充分发挥植物、微生物和基质填料的协同净化效应，强化水体微生物的作用，丰富水生生物的栖息环境，增强水体的自净能力，美化水面环境。
本发明具有以下突出的实质性特点：
1本发明通过主体框架构建生态浮床的基本形状，通过PVC格栅支撑主体框架，保持框架不变形，并形成植物种植格，透水种植槽与内框架网格通过卡槽相互衔接，便于运输和安装。采用聚苯乙烯、PVC等材料，保证浮力满足要求。
2本发明将水生植物种植槽设计为网孔结构，增加大气与水面交换界面，改善浮床的透气性能，同时保证种植槽内的基质材料和植物根系与水体充分接触，发挥基质、植物、微生物的协同净化作用。
3本发明利用植物吸收水体中的氮、磷等物质，改善水体透明度及平衡pH值，此外植物具有复氧作用，能够补充水中的溶解氧，在根系形成好氧微环境，有利于好氧微生物的生长，促进硝化作用和有机物氧化分解。
4本发明在传统的生态浮床中加入了缓释碳源组合填料，解决了整个系低碳氮比情况下脱氮困难的问题，生态浮床下方悬挂的组合填料由缓释碳源生态基质、空心填料球和立体弹性填料组成，三者作为微生物吸附固定载体，为各类好氧、兼氧和厌氧细菌提供充足的生长空间和各类微环境条件，缓释碳源生态基质可释放碳源供反硝化菌利用提高总氮去除效率，兼氧细菌可以降解水中的有机污染物，产生的盐类营养产物则可以被挺水植物吸收，同时植物根际泌氧为硝化菌等好氧细菌提供氧气，促进氨氮和有机物的去除。
以下为本发明的具体实施实例，实施对象为一段城市河道，在河段上取5个点检测，主要检测指标为溶解氧、化学需氧量COD、氨氮和总氮。河道净化前，水中溶解氧含量为2.04 mg/L，COD浓度为36.47mg/L，氨氮浓度为5.97 mg/L，总氮浓度为6.76 mg/L。采用本发明的装置净化后，河水的溶解氧含量为3.52 mg/L增氧约72%、COD浓度为23.29mg/L去除率约为36%，氨氮浓度为1.82 mg/L去除率为69%，总氮浓度为3.41 mg/L去除率约为50%。对COD、氨氮和总氮的去除率分别比普通生态浮床分别提高10%、15%和20%。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：采用缓释碳源生态基质，能够改善河流反硝化碳源不足的问题，提高生态浮床对总氮的去除效果；采用的立体填料具有较大的比表面积,为微生物提供充足的附着生长空间。采用的陶粒、火山岩、牡蛎壳等轻质滤料，具有多孔结构，是良好的污染物吸附材料和生物膜载体，在固定植物的同时能够有助于氮、磷、有机物等污染物的去除；适合于自然河道、湖库以及景观水体的净化处理，同时具有水面美化和水质净化的双重作用，安装简便、经济实用。

Claims (2)

1.一种微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置，包括浮床框架和挺水植物，其特征在于，所述浮床框架由外部呈矩形的浮床外框架（2）和其内部网格状的浮床内框架（3）构成，框架网格内均布有植物透水种植槽（4），种植槽内装有浮床基质（5）和种植在基质中的挺水植物（1），浮床框架的下部装有垂直向下的组合填料，浮床外框架（2）的四角下部通过连接绳（6）和固定在河床（8）上的固定桩（7）相连，防止浮于水面的浮床被水冲走，充分发挥植物、微生物和基质填料的协同净化效应，强化水体微生物的作用，丰富水生生物的栖息环境，增强水体的自净能力，美化水面环境；
所述的浮床外框架（2）为聚苯乙烯制成的四根空心管首尾相连形成的矩形框架结构，并与浮床内框架（3）紧固在一起，所述浮床内框架（3）为PVC制成的格栅，每一个格栅的四边有用以嵌放植物透水种植槽（4）的凹槽；
所述的植物透水种植槽（4）为聚苯乙烯制成的带有网孔的矩形板，四边有与浮床内框架（3）上的凹槽嵌套固定的连接槽，中央呈圆台形凹陷作为植物栽种窝，挺水植物（1）栽种于植物栽种窝中的浮床基质（5）内，挺水植物根系通过吸收或吸附作用削减水体中污染物，并释放O2；所述浮床基质（5）是由陶粒、火山岩和牡蛎壳构成的复合体，自下而上分别为陶粒、火山岩和牡蛎壳，厚度为3cm，基质粒径为6～8mm，浮床基质（5）填充于植物透水种植槽（4）中，通过浮床基质（5）固定植物、吸附水中污染物和提供微生物附着场所；
所述组合填料是由缓释碳源生态基质（9）、空心填料球（10）和立体弹性填料（11）构成，所述缓释碳源生态基质（9）粒径为9～12mm的，由重量百分比计的原料：玉米芯5%、钙基膨润土38%、沸石粉37%、矿渣硅酸盐水泥10%和普通硅酸盐水泥10%制成；所述空心填料球（10）为直径6cm的塑料多孔空心球，所述立体弹性填料（11）是由聚烯烃制成的中心绳体和绳体上呈辐射状连接在一起的丝条构成；缓释碳源生态基质（9）放置于空心填料球（10）内部，通过立体弹性填料（11）将空心填料球（10）串连在一起，垂直向下装在浮床框架的下部，悬挂于水中，为微生物提供优良的附着场所，且缓慢释放碳源，改善碳氮比失衡状况，促进氮的去除，增强浮床的净水功能。
2.权利要求1所述的微污染河流原位强化脱氮生态浮床装置在天然河流、湖库、景观水体的原位生态修复，微污染、低碳氮比河流的强化脱氮中的应用。
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